英飛凌的MOTIX™ MCU(SoC)家族產品整合了驅動電機所有基本的模組,包括LDO,MCU,bridge driver,current sense amplifier, CAN/LIN收發器,高壓偵測等模組。在過去十多年的汽車小型電機應用上,該系列產品已被廣泛使用。 TLE989x作為全新產品,它的預驅模組也整合了英飛凌最新技術,那究竟有哪些神奇的功能呢?讓我一探究竟。
Sep . 2025
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Active/Free wheeling 偵測功能
在電機控制過程中,電流有時會從控制器流向電機,有時反向。在死區時間內,高邊和低邊的MOS都沒有開啟,此時電流方向如下圖FW線所示。
如果電流流向控制器(電機),那麼只能透過高邊(低邊)MOS的體二極體流向電源(大地)。此時,我們稱高邊(低邊)為free wheeling MOS,對應的另一邊低邊(高邊)為active MOS。

如果低邊是active MOS,高邊是free wheeling MOS。那麼在死區時間內,因為電流經過高邊二極體流向電源,所以VSHx=VVSD+Vdiode,如下圖左側所示。反之,VSHx=VSL-Vdiode,如下圖右側所示。
在高邊或低邊處於free wheeling狀態時,我們可以看到在死區時間內,VSH的電壓差異很大。因為,TLE989x透過偵測死區時間內的VSH電壓,而判斷哪個mos是free wheeling狀態。

如下圖測試結果所示,1號通道是判斷結果,2號通道是PWM波形。因為在三相BLDC的FOC控制過程中,相電流是正弦波,所以可以得到1號通道所示的判斷結果在不斷變化。

時間測量功能
每個半橋在SH引腳處提供兩個高速電壓比較器,用於測量外部MOSFET導通或關閉期間SH電壓斜率的開始和結束。
如下圖低邊MOS控制訊號示意圖所示,在對應PWM控制訊號的每次轉換時進行時間測量並把結果儲存到暫存器。高邊時間測量是類似的原理。
自適應電流驅動功能


MOS開關速度越快(慢), 其功耗越低(高),但EMC效能越差(好)。所以用戶只好在功耗和EMC效能指標上,透過調整開關速度,平衡二者關係。
如下圖所示,自適應控制模式是基於上一章測到的開關時間,透過調整充放電電流大小,達到使用者設定的開關目標時間。這大大降低了用戶的工作量,而且一定程度上可以補償MOS和預驅的參數離散性。

如果MOS處於free wheeling狀態,在開啟和關閉之前,電流已經通過MOS體二極體達到最大值。此時,用戶只需要專注於功耗,盡快打開MOS,降低損耗。所以採用constant mode是最佳選擇。如果MOS處於active狀態,在開啟和關閉之前,其電流為0,在開關過程中,電流將會從free wheeling MOS逐漸切換到active MOS,所以需要控制電流的斜率dI/dt,採用sequencer mode是最佳選擇。
基於此,TLE989x/8x可以基於前文介紹的active/freewheeling狀態檢測的結果,硬體自動在constant和sequencer mode之間選擇。其實測效果如下圖所示,第一相的相電流大於0,低邊MOS是free wheeling狀態。所以其開關模式是constant mode,只能看到一個電流峰值,也是設定最快速度開關MOS,進而在不影響EMC效能的前提下,盡可能降低開關損耗。第二相的相電流小於0,其低邊MOS屬於active,所以其開關模式是sequencer mode,可以看到多個電流峰值。
停機狀態下的短路和開路偵測功能

隨著電機驅動系統的廣泛應用,電機故障的快速檢測變得尤為重要。英飛凌的驅動技術在這方面提供了一項創新的解決方案:無需打開驅動,即可偵測電機短路和開路的情況。本節將詳細解析此功能的工作原理及實作方法。
一、電機短路檢測
在電機驅動系統中,短路故障是常見的問題之一。英飛凌的驅動技術透過巧妙的電路設計,實現了在不啟用驅動的情況下檢測短路的能力。其工作原理如下:
a. 電路配置
當啟用HB上的上MOSFET的下拉診斷電流源(IPddiag)時,上拉診斷電流源(IPudiag)預設為啟用。這種配置形成了一個固定電平,電約為1.5V。
b. 短路到地偵測
如果電機有短路到地的情況,LS DS偵測比較器會感知到異常。此時,LS DS比較器的輸出為0,並置位相關的狀態位,以指示故障的發生。
c. 短路到電源偵測
類似地,當電機發生短路到電源時,HS DS偵測比較器會偵測到異常。 HS DS比較器的輸出同樣為0,並置位相關的狀態位,提示系統有短路到電源的故障。
透過這種方式,系統可以在不啟用驅動的情況下,快速判斷電機的短路故障類型。
二、電機開路偵測
除了短路偵測,英飛凌的驅動技術還支援電機開路的偵測。這種檢測方法同樣依賴診斷電流源的配置和比較器的閾值設定。具體實作步驟如下:
a. 電路配置
若要偵測HB1的開路狀況,需啟用HB2和HB3的上拉診斷電流源(IPudiag)。此時,比較器的閾值設定為最大值。
b. 正常狀態檢測
如果HB1未發生開路故障,由於上拉和下拉診斷電流源的比例關係,SH點的電壓會穩定在約1.5V。
c. 開路狀態偵測
如果HB1發生開路,SH點的電壓會因為上拉診斷電流源的作用,略高於母線電壓。這種電壓變化會觸發HS DS檢測比較器,置位相關狀態位元以指示開路故障。
然後透過依序啟用HB2和HB3的上拉診斷電流源,系統可以依照相同的流程偵測HB2和HB3的開路情況。
注意事項: 在啟用下拉診斷電流源時,需等待一段時間(時間與電機感量有關),以確保電平達到穩定狀態後再進行診斷。官方提供了範例函數供使用者參考。
TLE9893透過精巧的電路設計和診斷邏輯,實現了在不啟用驅動的情況下偵測電機短路和開路的功能。這種方法不僅提高了系統的安全性,還節省了能耗,為電機驅動系統的可靠性提供了有力保障。
Vds保護功能

在驅動工作的時候,為了保護MOS不會因為短路,直通等故障燒毀。驅動器還具有對開關狀態的 MOS DS 電壓檢測 以及比較器保護功能。
如下圖所示,VDS的比較器閾值可設定從0.125V一直到1.75V。解析度在0.25V一檔。比較器的對應時間較快加上對應的濾波,us等級就可以觸發硬體層級的橋驅關閉。
同時在 VDH接腳,SH接腳,都晶片內部連接到了 AD介面。可以輔助作為診斷。
上面所說的 VDS檢測主要用於短路保護。對於基於詳細電流閾值的保護,使用者可以使用TLE9893運算模組整合的比較器,該模組可以設定各種閾值,也會在 us層級相應。 同時CSA的輸出內部連接到AD,做輔助檢測。
兩級電荷泵
TLE9893內部整合兩級charge pump。可以配置成兩級工作,也可以配置成自動根據VSD的ADC的比較輸出來切換,閾值可以自行設定。這樣在電壓下降的情況下,也可以切換成一級charge pump 來節省電流消耗。內部charge pump 時鐘也是自備硬體抖頻功能。
TLE9893配備 VCP和 VSD的差異比較器,在電壓過低的時候可以直接置位關掉預驅,降低系統不確定性。 VCP和 VSD也會同時連接到 ADC來輔助判斷
寫在最後
除了上文提到的各種先進的功能外,TLE989x的預驅模組還整合了以下豐富的功能:
- 低功耗模式下的反向電動勢過壓喚醒功能。喚醒以後,使用者可以透過軟體進行製動,從而減少反向電動勢對機械結構和電子裝置的不利影響。
- 過溫保護,過壓保護等基本功能。
英飛凌先進的預驅技術,不僅能為使用者設計帶來便利,也能進一步提升系統的穩定性。每項功能的具體介紹,請點擊“此處” ,參考英飛凌官網的晶片手冊。
文章來源:英飛凌汽車電子生態圈